道路拥堵识别方法、V2X车载终端以及车联网系统与流程

本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种道路拥堵识别方法、V2X车载终端以及V2X车联网系统。

背景技术：

随着国民收入和生活水平的提高，机动车保有量大幅度增加，城市道路交通拥堵状况日益严重。造成拥堵的原因有很多，既有道路容量严重不足、汽车增长速度过快，也有公共交通日趋萎缩，更有缺乏整体的交通发展战略。现在城市道路交通拥堵堵塞问题已成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一。

车联网是物联网的自然延伸，在国家大力倡导“互联网+”的时代背景下应运而生。V2X是车联网的核心，V2X是一种“车辆与外界”通信技术，是对V2V(Vehicle to Vehicle)、V2I(Vehicle to Infrastructure)以及V2P(Vehicle to Person)技术的高度集成，是未来自动驾驶的核心技术之一，也是ITS的支撑技术之一。

如何利用V2X技术对道路拥堵状态进行识别是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种道路拥堵识别方法、V2X车载终端以及V2X车联网系统，通过车联网系统实现信息的共享，对路况的拥堵情况进行识别，以及时对驾驶员进行提醒或警告。

为解决上述技术问题，本发明提供一种道路拥堵识别方法，包括：

获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数，所述行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；

根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；

根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。

可选地，还包括：

获取所述当前车辆自身的行驶状态参数，判断行驶速度是否小于预设阈值；当所述行驶速度小于所述预设阈值时，触发对道路拥堵进行识别的操作。

可选地，所述根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向包括：

获取所述行驶状态参数中指示车辆行驶方向的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；所述当前车辆的方向角为track₁，所述周围车辆的方向角为track₂；

计算所述当前车辆以及所述周围车辆的方向角的差值：track_n＝track₁-track₂；

若所述差值的绝对值小于所述当前车辆的方向角的绝对值，则判定所述周围车辆的行驶方向与当前车辆的行驶方向同向；否则，判定为不同向。

可选地，所述根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态包括：

根据接收到车辆的行驶状态参数中行驶速度的大小，计算同向行驶的车辆中行驶速度平均值；

调用预设的速度与拥堵级别的对应关系，根据所述行驶速度平均值确定当前道路的拥堵级别。

可选地，所述根据所述行驶速度平均值确定当前道路的拥堵级别包括：

当所述行驶速度平均值位于20km/h至30km/h之间时，确定当前道路的拥堵级别为轻度拥堵；当所述行驶速度平均值位于10km/h至20km/h之间时，确定当前道路的拥堵级别为一般拥堵；当所述行驶速度平均值低于10km/h时，确定当前道路的拥堵级别为严重拥堵。

可选地，还包括：

根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路拥堵形成地点，其中，以所述拥堵形成地点为分界的两边车辆的行驶速度平均值的差值大于预设阈值。

可选地，还包括：

将所述当前车辆自身的行驶状态参数发送至所述无线局域网络。

可选地，还包括：

当所述车载无线局域网络中前方车辆的拥堵参数指示为拥堵时，向当前车辆的驾驶员发出提示信息。

本发明还提供了一种V2X车载终端，包括：

获取模块，用于获取当前车辆的行驶状态参数，所述行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；

通信模块，用于将所述行驶状态参数发送至车载无线局域网络中；

处理模块，用于获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数；根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。

本发明还提供了一种V2X车联网系统，包括：至少两个信号相连的如上所述的V2X车载终端。

本发明所提供的道路拥堵识别方法，通过获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数，行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；根据行驶状态参数，判断周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。本申请通过车联网系统实现信息的共享，并通过信息识别出当前道路的拥堵状态，及时对驾驶员进行路况的汇报以及警告，有效避开拥堵路段选择最佳行驶线路。此外，本发明还提供了一种具有上述技术优点的V2X车载终端以及V2X车联网系统。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的道路拥堵识别方法的一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明所提供的道路拥堵识别方法的另一种具体实施方式的流程图；

图3为判断周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向的流程图；

图4为本发明所提供的V2X车载终端的结构框图；

图5为本发明所提供的V2X车联网系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图6为本发明所提供的V2X车联网系统的具体工作过程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的道路拥堵识别方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：

步骤S101：获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数，所述行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；

V2X车联网，指的是汽车车辆之间，或者汽车与路边行人、骑车者以及汽车与基础设施之间的通信系统。车联网利用装载在车辆上的RFID、传感器、摄像头图像处理获取车辆的行驶情况、系统运行状态信息及周边道路环境信息，同时通过GPS定位装置获得车辆位置信息，并通过D2D技术将这些信息实现端对端的传输，在整个车联网系统中实现信息的共享。

本申请中车载无线局域网络由复数个车载终端组成，目标车载终端通过DSRC或者其他无线方式进行信号相连，信号相连可以具体为直接相连或通过其他车载终端间接相连。可以理解的是，该网络的组成是动态变化的。

本发明实施例中车辆通过V2X车联网获取周围车辆包含速度信息以及地理位置信息的行驶状态参数，具体地，地理位置信息可以由车辆的GPS定位装置获取。速度信息可以由车辆上的速度传感器获取，或者通过GPS获取的地理位置信息与时间计算得到，或者接入汽车CAN总线直接获取得到。当然，行驶状态参数还可以包括其他参数信息，并不限于这两种。

步骤S102：根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；

作为一种具体实施方式，可以通过行驶状态参数中的速度信息以及地理位置信息，判断出周围车辆的行驶方向，并通过行驶方向判断与当前车辆的行驶方向是否同向。此外，行驶状态参数中还可以包括方向角参数，方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角，可以通过GPS定位装置直接获取得到。

步骤S103：根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。本申请中行驶速度为与当前车辆同向行驶的前方车辆的行驶速度，确定的是行车方向上即将行驶的道路的拥堵状态。由于车载无线局域网络能够在较远距离进行通信，这样使得当前车辆在前方道路发生拥堵的情况下，能够及时进行规避。可以理解，本发明其他实施例中所统计的车辆均可以仅指当前车辆同向行驶的前方车辆。

本发明所提供的道路拥堵识别方法，通过获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数，行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；根据行驶状态参数，判断周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。本申请通过车联网系统实现信息的共享，并通过信息识别出当前道路的拥堵状态，及时对驾驶员进行路况的汇报以及警告，有效避开拥堵路段选择最佳行驶线路。

目前，V2X的无线通信有多种方式，本发明所提供的道路拥堵识别方法的另一种具体实施方式中采用DSRC(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)技术进行通信。DSRC技术为车载无线通信量身定做的，更适合无线车载通信。IEEE组织也通过了IEEE802.11p以及IEEE1609系列标准来规范车载环境下无线接入(Wireless Access in Vehicular Environment，简称WAVE)的各个方面。当然，其他通信方式均可，并不限于此种方式。

本发明实施例中，V2X车载终端可以同时作为收发两种状态的设备。车载终端通过安装在车辆上的采集装置获取该车的时速、方向角以及地理位置信息，并把包含时速、方向角以及地理位置信息等的行驶状态参数一并通过无线局域网络发送至车载无线局域网络中，例如采用DSRC技术以广播形式发送给周围车辆。同时，该车辆也作为接收信息的车辆，实时侦听周围车辆发送的广播消息，一旦接收到其他车辆发送过来的BSM广播消息，就会读取并解析消息内容为下一步城市道路拥堵识别处理做好准备。

由于我国道路交通复杂性，在行进的车流运行状态随着时间的变化而时刻改变。在道路运行状态上，可以用畅通、轻度拥堵、一般拥堵、严重拥堵来描述。城市道路中，当发生道路交通拥堵时，车流量随着时间增加越来越多，但增幅减慢。因此发明实施例可以通过获取车辆自身的速度，检测到车辆自身的速度低于预设阈值时，触发对道路拥堵进行识别的操作。如图2本发明所提供的道路拥堵识别方法的另一种具体实施方式的流程图所示，该过程包括：

步骤S201：获取所述当前车辆自身的行驶状态参数，判断行驶速度是否小于预设阈值；当所述行驶速度小于所述预设阈值时，触发对道路拥堵进行识别的操作；

具体地，预设阈值可以具体为30km/h。车辆从自身的V2X车载终端上获取行驶速度信息，判断时速是否小于30km/h，如果大于30km/h，则继续接收行驶状态参数。

步骤S202：等待接收其他车辆发送的行驶状态参数。如果该车辆没有收到行驶状态参数，则继续等待接收其他车辆发送的行驶状态参数。如果收到行驶状态参数，进入步骤S203。

步骤S203：根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；

具体地，如图3所示，判断是否同向的过程可以具体包括：

步骤S2031：获取所述行驶状态参数中指示车辆行驶方向的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；所述当前车辆的方向角为track₁，所述周围车辆的方向角为track₂；

本申请中方向角信息可以具体通过GPS获取得到。

步骤S2032：计算所述当前车辆以及所述周围车辆的方向角的差值：track_n＝track₁-track₂；

步骤S2033：若所述差值的绝对值小于所述当前车辆的方向角的绝对值，则判定所述周围车辆的行驶方向与当前车辆的行驶方向同向；否则，判定为不同向。

步骤S204：根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。

本申请实施例中行驶速度可以具体为各个车辆的行驶速度平均值。步骤S204可以具体为：根据接收到车辆的行驶状态参数中行驶速度的大小，计算同向行驶的车辆中行驶速度平均值；调用预设的速度与拥堵级别的对应关系，根据所述行驶速度平均值确定当前道路的拥堵级别。

由于在对车辆实际统计情况下，经过统计出来的时速值是随机分布的，因此对统计的时速值采用归并排序算法以求值更为准确。经过排序后的时速值后，删除时速值排序中的一个最小值v_min和一个最大值v_max，再对剩余的时速值进行求和最合进行求平均值即为该拥堵路段车辆的平均时速。

在得到平均速度后，确定当前道路的拥堵级别可以具体为：当所述行驶速度平均值位于20km/h至30km/h之间时，确定当前道路的拥堵级别为轻度拥堵；当所述行驶速度平均值位于10km/h至20km/h之间时，确定当前道路的拥堵级别为一般拥堵；当所述行驶速度平均值低于10km/h时，确定当前道路的拥堵级别为严重拥堵。

在上述任一实施例的基础上，本申请还可以进一步包括：

根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路拥堵形成地点，其中，以所述拥堵形成地点为分界的两边车辆的行驶速度平均值的差值大于预设阈值。

在实际行驶道路中，以某一位置为分界线，在分界线两边车辆的平均速度的差值大于预设阈值时(例如预设阈值可以为15km/h)，可以判定该点为拥堵点。

本发明实施例不仅能够确定前方道路的拥堵状态，还可以进一步确定拥堵形成的地点，有利于相关人员更全面的了解道路情况。

此外，在计算得到本车的行驶速度之后还可以包括：将所述当前车辆自身的行驶状态参数发送至所述无线局域网络。

当所述车载无线局域网络中前方车辆的拥堵参数指示为拥堵时，向当前车辆的驾驶员发出提示信息。

如果当前车辆判定出道路已经拥堵，当前车辆更新当前车辆对应的拥堵参数的数值，然后行驶状态参数经过DSRC广播出去。这样，周围装载有V2X车载终端的车辆在接收到行驶状态参数，通过拆包、解析包信息内容后，再由拥堵算法识别自己行驶前方道路是否有拥堵情况。本实施例在识别出前方道路发生拥堵时，对当前车辆的驾驶员发出提示信息，以便让驾驶员及时做出相应的驾驶处理。

如图4本发明所提供的V2X车载终端的结构框图所示，该终端具体包括：

获取模块11，用于获取当前车辆的行驶状态参数，所述行驶状态参数至少包括车辆的速度信息以及地理位置信息；

通信模块12，用于将所述行驶状态参数发送至车载无线局域网络中；

处理模块13，用于获取车载无线局域网络中周围车辆的行驶状态参数，根据所述行驶状态参数，判断所述周围车辆的行驶方向是否与当前车辆的行驶方向同向；根据与所述当前车辆同向行驶的车辆的行驶速度，确定当前道路的拥堵状态。

其中，获取模块11包括：GPS定位装置。

所述通信模块12可以为：DSRC模块、。DSRC模块为专用空口通信模块，采用工作在5.850～5.925GHz中的75MHz带宽作为专用频段，通信距离达到800米，具备了车与车可靠的高速数据通信功能。该车载设备内置GPS定位功能，具精度达到亚米级。V2X车载终端的车辆，可以获得该车的时速、经纬度、方向角等地理位置信息。

本发明实施例中，V2X车载终端之间数据通信格式可以具体采用基于DSRC短消息J2735标准规定的BSM消息格式。BSM(Basic Safe Message)在J2535协议定义为基本安全信息，其消息内容包括：

ID：该值只能读取，表示车辆的ID号(ID号为全球唯一能做到不重复)，用于区分不同车辆。

Jam：交通拥堵，数值能够修改，其置由0至3表示。0表示严重拥堵，1表示一般拥堵，2表示轻度拥堵，3表示畅通。

Track：方向角，即本车行使方向与地球正北的夹角。根据定义规定，夹角分为360度分别映射在第一、二、三、四象限。如果夹角映射在第一、四象限的话，该值就为正值。如果夹角映射在第二、三象限，该值就为负值。该值只能从GPS定位装置获取，不能修改其值。用于区分本车与其他车辆是否为同一行使方向。

Speed：时速，汽车车辆时速。该值只能从GPS定位装置获取，不能修改其值。

Others：其他域，表示GPS信息中其他域。这些域对拥堵识别无用，省略介绍。

Longitude：经度，汽车所在地理位置信息。该值只能从GPS定位装置获取，不能修改其值。

Latitude：纬度，汽车所在地理位置信息。该值只能从GPS定位装置获取，不能修改其值。

Altitude：高度，汽车所在地理位置信息。该值只能从GPS定位装置获取，不能修改其值。

Others：其他域，表示BSM消息其他内容。这些内容对拥堵识别无用，省略介绍。

需要指出的是，V2X车载终端接收GPS频率为10Hz，即每隔0.1s刷新一次GPS数据，确保GPS信息中的时速、方向角、地理位置信息为最新数据，为本系统中车载终端的道路拥堵准确判断提供有力的技术保障。

当装载有V2X车载终端的车辆行驶到拥堵道路时车速会逐渐减小，时速减小到30km/h，该车就会启动城市交通道路拥堵识别算法来辨别道路拥堵程度。如果该车系统识别道路已经拥堵，设备会自动地在BSM消息内容中Jam域里设置相应的数值，然后再对BSM消息格式打包压缩后，经过DSRC广播出去。周围装载有V2X车载终端的车辆在收到BSM消息后，通过拆包、解析包信息内容后再由拥堵算法识别自己行驶前方道路是否有拥堵情况。

此外，本发明还提供了V2X车联网系统，包括：至少两个信号相连的上述所述的V2X车载终端。

如图5本发明所提供的V2X车联网系统的一种具体实施方式的结构示意图所示，在本系统示意图中包括两个V2X车载终端，每个终端分别具有CPU模块、DSRC模块、WIFI模块以及4G模块，二者之间通过DSRC无线网络进行通信。

V2X车载终端可以同时作为收发两种状态的设备。当某一辆作为发送BSM消息的车辆时，只要GPS定位装置能及时收到数据，CPU立即就会读取到并分析当前最新数据。并把自己的地理位置信息、方向角以及时速信息等BSM消息一并通过DSRC技术以广播形式发送给周围车辆。同时，该车辆也作为接收BSM信息的车辆，并实时地侦听BSM消息广播，一旦接收到其他车辆发送过来的BSM广播消息，就会读取并解析消息内容为下一步城市道路拥堵识别处理做好准备。

本发明所提供的V2X车联网系统的具体工作过程示意图如图6所示，具体包括：

步骤S301：车辆从自身的V2X车载终端上获取GPS信息；

步骤S302：判断时速是否小于30km/h；如果大于30km/h，则继续接收BSM消息。如果时速小于30km，则进入步骤S303；

步骤S303：开启定时器，并以秒为单位开始计时，t的单位为秒；

步骤S304：接收其他车辆发送过来的BSM消息。

如果该车辆没有收到BSM消息，则继续等待接收其他车辆发送过来的BSM消息。如果该车辆收到BSM消息，则进入步骤S305。

步骤S305：解析其他车辆发送过来的BSM消息中的track消息域，通过与自己的track值相减所得值来判断发送车辆行驶方向与自己是否同向。

方向角可以从GPS信息直接获取。假设该车车辆的方向角为track₁，其他车辆的方向角为track₂，相减的值为track_n，即track_n＝track₁-track₂。对track_n以及track₁取绝对值，如果|track_n|≥|track₁|，说明该车辆行驶方向与发送BSM消息的车辆行驶方向不是同向，继续等待接收新的BSM消息。如果|track_n|＜|track₁|，则说明车辆行驶方向与发送BSM消息的车辆行驶方向是同一方向，则进入步骤S306。

步骤S306：解析BSM消息中的Jam域，读取Jam域中的数值来判断道路是否交通拥堵。

如果Jam域值小于3，则车辆的V2X车载终端发送道路拥堵的BSM消息，并通过语音等方式告知驾驶员前方道路已经拥堵，让驾驶员做相应的驾驶处理。如果该值大于3，则进入步骤S307。

步骤S307：继续解析BSM消息中的ID消息域，ID号用于判断该车辆本次接收到的BSM消息与上次接收到的BSM消息是否为同一车辆发送。

如果值相同，继续等待接收新的BSM消息。如是值不相同，记录道路上的车辆个数n_l(l≥0，为自然数)和读取GPS中Speed域值v_m(m≥0，为自然数)，则进入步骤S308。

步骤S308：当定时器t＝180，假设该车辆统计到的发送BSM消息的车辆个数为(道路上拥堵车辆的个数)n_y(y≥0，为自然数)以及车辆时速v_x(x≥0，为自然数)。读取拥堵道路上同向行驶车辆个数n_l以及时速v₁,v₂,…v_x。进入步骤S309。

步骤S309：计算拥堵道路上同向行驶车辆的平均时速。

由于在对车辆实际统计情况下，经过统计出来的时速值是随机分布的，因此对统计的时速值采用归并排序算法以求值更为准确。经过排序后的时速值后，删除时速值排序中的一个最小值v_min和一个最大值v_max，再对剩余的时速值进行求和最合进行求平均值即为该拥堵路段车辆的平均时速。

步骤S310：如果v_avg值在20～30km/h之间时，该拥堵路段被视为轻度拥堵；如果v_avg值在10～20km/h之间时，该拥堵路段被视为一般性拥堵；如果v_avg值在10km/h以下时，该拥堵路段被视为严重拥堵。

本实施例中V2X车载终端采用DSRC+GPS相结合的通信模式。在车与车之间通信是采用专有的5.9GHz频段，加之GPS采用10Hz刷新频率，在依靠通信的可靠性和及时性背景下，既能保证车载设备每隔100ms及时的收到GPS信息，又能将自己的信息及时地在短时间内广播出去。该方法应用于V2X车载终端后，不依赖外界条件即可在复杂环境下来进行及时、准确的道路拥堵识别。

本申请不仅能在车载设备上降低成本，而且能降低路侧设备成本以及后台网管中心设备成本，也还能彻底解决并摆脱在道路拥堵情况下移动互联网出现网络拥堵、甚至瘫痪情况。最重要的是，为今后实现自动驾驶中道路拥堵判断提供了强有力的技术支撑。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的道路拥堵识别方法、V2X车载终端以及V2X车联网系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。